末次冰期青藏高原的气候突变--古里雅冰芯与格陵兰GRIP冰芯对比研究

通过对古里雅冰芯的研究和与格陵兰GRIP冰芯的对比 ,探讨了末次冰期青藏高原的气候突变事件 .冰阶 间冰阶变化以及反映大范围气候变化的 7次暖事件 (BrΦrump ,Odderade,Oerel,Glinde ,Hengelo ,Denekamp ,BΦlling) ,在两冰芯中都有一致的反映 .但古里雅冰芯记录有一系列独具的特征 .古里雅冰芯中气候由暖变冷的速率及气候变化幅度都大于格陵兰GRIP冰芯记录 .古里雅冰芯记录的另一显著特征是 ,在距今 18～ 3 5ka时 ,出现了一系列时间尺度在 2 0 0a左右的循环 ,其中温度变幅超过 7℃的升温事件 2 2次 ,超过 7℃的降温事件 2 0次 ,而温度变幅在 3℃以内的升温、降温事件达 10 0多次 .研究表明 ,不同的因子对不同时段的气候突变起作用 .冰阶 间冰阶尺度的气候由暖变冷的突变是由太阳幅射变化驱动并经青藏高原积雪面积变化放大作用导致的 ,而更短时间尺度的气候突变是太阳活动和季风相互作用的结果 .     

青藏高原古里雅冰芯记录的轨道、亚轨道时间尺度的气候变化

研究了青藏高原冰芯与极地冰芯记录在轨道、亚轨道时间尺度上的气候变化特征及可能原因. 在青藏高原冰芯记录中, 轨道时间尺度上的气候变化基本超前于极地, 说明在以轨道变化驱动为起因的气候变化中, 青藏高原的变化(或反应)比极地来得更快. 太阳辐射变化是控制轨道时间尺度上的气候变化的主要因子. 但在亚轨道时间尺度上的许多气候变化, 青藏高原滞后于北极地区. 如Younger Dryas和Heinrich事件, 都是格陵兰冰芯记录的变冷早于古里雅冰芯记录. 可以认为, 这些亚轨道时间尺度上的气候变化可能受劳伦冰盖的影响. 因此, 冰盖对某些冰期气候内的亚轨道时间尺度上的气候变化具有决定性作用.     

黔南洞穴石笋古气候变化记录及终止点Ⅱ的确定

通过对黔南地区三个大型石笋进行TIMS-U系测年和碳、氧稳定同位素分析, 获得了163~113.8 ka高分辨率的古气候记录. 石笋氧同位素的记录曲线揭示, 在万、千年尺度上, 研究区冰期的降温和间冰期回暖的波动特征, 可与冰芯、湖泊、黄土、深海岩芯记录相比较, 其记录的气候波动与全球具有一致性, 显示与北极地区存在着古气候的遥相关. 研究表明, 石笋记录所反映出的古季风环流变化的直接动力可能来自全球冰量变化, 即主要受北半球日照辐射强度、北大西洋冰漂碎屑带的扩张以及低纬度太平洋海表面温度变化等因素的影响. 根据d18O值进行了温度计算, 获得了研究区冰期(相当于深海同位素6阶段的中后期, 平均为8.1℃, 最低为－1.43~0.65℃)与间冰期(相当于深海同位素5E段, 平均为18.24℃)之间的年均温差达10℃左右(与冰芯记录的温度变化幅度大约为10℃, 大体相一致), 显示东亚夏季风与冬季风环流强度具有显著的差异. 通过对3个石笋的精确测年, 确定倒数第2次冰期的终止点Ⅱ的年龄为129.28±1.1 ka, 这一界线的年龄代表了末次间冰期开始的年代, 即是中更新世与晚更新世的分界年龄, 与冰芯和深海SPECMAP氧同位素曲线上末次间冰期的起始年龄相一致.     

24万年来西昆仑山甜水海湖岩芯碳酸盐含量变化与气候环境演化

青藏高原现代气候与环境存在着明显的区域差异。高原西北部的西昆仑山甜水 海地区是高原上气候最干旱的区域。作者于１９９５年６月在该区海拔４８４０ｍ的湖盆首次打钻取芯（ＴＳ９５孔）,获得５７ｍ湖泊岩芯,经对样品的实验室测年和多项环境指标分析,表明,ＴＳ９５孔岩芯覆盖了距今２４０－１７ｋａ间的时间尺度。期间,经历了倒数第二次冰期,末次间冰期,末次冰期早期,末次冰期间冰阶和末次冰盛期几个气候变化阶段。岩芯中     

青藏高原冰芯过去100年δ18O记录与温度变化

以羌塘高原普若岗日冰原钻取的213 m冰芯中记录为基础, 研究了过去100年来δ¹⁸O变化所反映的这一地区的温度变化. 结合已获取的青藏高原南部的达索普冰芯、西北部的古里雅冰芯和东北部的敦德冰芯, 综合研究了青藏高原温度变化的区域差异. 结果表明, 青藏高原不同地区冰芯中δ¹⁸O变化各有特点, 特别是南、北差异和东、西差异十分明显. 但4根冰芯记录均反映出过去100年来δ¹⁸O增加的趋势, 说明过去100年来青藏高原在不断变暖. 将δ¹⁸O记录所反映的青藏高原温度变化、青藏高原气象记录的温度变化同北半球温度变化比较研究发现, 这些记录所反映的过去100年总体变暖趋势是一致的.     

亚洲季风演化的突发性与不稳定性——以末次间冰期土壤发生为例

处于季风三角区顶点部位对气候变化非常敏感的兰州-临夏地区高分辨率(23.6～88a/cm)黄土、古土壤记录揭示出在曾认为是温暖湿润的末次间冰期,无论是夏季风还是冬季风均表现出千年尺度上的急剧快速变化。变化幅度常达末次间冰期冷暖期气候变幅的1/3～1/2,变化形式多半为夏季风的突发性暴发与冬季风的逐渐增强相结合。即在夏季风盛行期有猛烈的持续降温;在冬季风盛行期也有强烈的增温。在末次间冰期最盛期(氧同位素5e亚阶段)它表现为夏季风的三次突然暴发和两次明显的冬季风增强,与最近格陵兰冰芯GRIP所揭示的末次间冰期气候不稳定性事实吻合。这说明突发性和不稳定性是气候变化的重要方式,可能在北半球具有普遍性。     

末次冰期南京石笋高分辨率气候记录与GRIP冰芯对比

对采自南京汤山洞穴一支长400余mm的石笋进行了高精度TIMS-U系定年和氧碳同位素测试,建立了末次冰期中晚期(54000～19000aBP)中国东部高分辨率的古气候变化时间序列.从石笋氧同位素变化曲线中,不仅检出东亚夏季风降水史中的Heinrich事件,而且首次发现了末次冰期东亚夏季风活动区气候变化同样存在着Dansgaard-Oeschger旋回,与极地GRIP冰芯记录有良好的对比关系.但明显的差别主要有(1)中国东部气候变化的干冷化趋势十分明显,由石笋氧同位素曲线构成的连续4个Bond旋回,迭覆在末次冰期长期变冷的气候背景上,可能与青藏高原MIS3阶段特强夏季风事件有关;(2)石笋气候曲线反映的干冷事件与GRIP冰芯中的对应事件存在1000～2000a的相位差,似有必要考虑不同测年方法相互校正问题.     

青藏高原东部RM孔140ka以来湖泊碳酸盐同位素记录的古气候特征

通过若尔盖盆地RM孔湖泊化学沉积碳酸盐氧、碳同位素代用指标,重建了该区近140ka以来的古气候演化历史,其中末次冰期气候至少存在有7次暖波动及5次冷事件,其波动特征可与冰芯及深海记录相比较;而末次间冰期内部的次级波动与格陵兰冰芯GRIP氧同位素记录相一致,早期的Eemian暖期也存在两次冷波动.研究结果揭示了末次间冰期和冰期气候的不稳定性.色素和碳酸盐含量指标也具有与氧同位素记录相似的结果.     

晚冰期以来青海湖沉积物多指标高分辨率的古气候演化

通过青海湖沉积物孢粉、碳酸盐、有机C, N和有机δ¹³C等多项指标的综合分析, 建立了青海湖晚冰期以来的高分辨率古气候演化序列. 结果表明, 18.2 cal. ka BP左右为末次冰期盛冰阶进入晚冰期的界限, 自15.4 cal. ka BP起气候开始向暖湿化发展, 7.4 cal. ka BP时达到了暖湿组合的鼎盛期, 4.5 cal. ka BP以后气候又逐步转入冷干. 晚冰期向全新世转换期间气候的冷暖干湿波动十分频繁, 其特征与北大西洋深海沉积、格陵兰冰芯、欧洲地区湖泊沉积以及中国黄土、古里雅冰芯等记录的古气候具有一定的可对比性. 青海湖地区晚冰期以来的古气候演化特征揭示了万年尺度上东亚季风的源驱动力同太阳辐射有关.     

念青唐古拉山西段冰碛垄漂砾~(10)Be暴露测年及末次冰期序列

气温和亚洲季风降水变化影响青藏高原冰川的进退,念青唐古拉山西段末次冰期年代的研究能够为认识季风影响过渡带的冰期气候特征提供重要依据.然而,该地区末次冰期时代及其南北坡是否存在差异仍不确定.本文采用10Be暴露测年方法,对青藏高原南部的念青唐古拉山西段北坡的爬玉王山谷谷口两道冰碛垄的年代进行测定,确认内侧冰碛垄为末次冰盛期产物,年代为(18.0±1.7)~(30.6±2.8)ka(n=10).外侧冰碛垄时代为(18.0±1.6)~(39.9±3.7)ka(n=5),可能对应MIS3阶段或更早的冰进.与念青唐古拉山西段南坡10Be暴露年代对比表明,念青唐古拉山西段末次冰期最大规模冰进可能发生在MIS3阶段,与全球降温不同步,具有异时性,但在区域内则具有同时性,可能响应北半球千年尺度气候变化.     

青藏高原东北部柴达木盆地古湖泊沉积物正构烷烃记录的MIS3晚期气候变化

通过对青藏高原柴达木盆地察尔汗古湖泊贝壳堤剖面254cm湖相沉积物中正构烷烃的分析,结合现有的湖相记录资料,探讨了柴达木盆地察尔汗湖区39.7～17.514CkaBP(校正年代为43.5～22.4cal.kaBP,相当于深海氧同位素第3阶段晚期)之间湖泊演化规律.在湖泊演化的不同阶段,正构烷烃呈现了不同的分布模式,体现了研究区植被变化及水文条件的改变.正构烷烃代用指标(CPIh,ACLh和Paq)与同纬度地区夏季太阳辐射量变化趋势一致,揭示了夏季太阳辐射是青藏高原地区气候变化的重要驱动力,间接影响了湖泊的演化.另一方面CPIh,ACLh与孢粉总浓度以及格陵兰冰芯气泡甲烷浓度变化趋势吻合,响应了气候快速变化的Dansgaard-Oeschger(DO)旋回,说明MIS3晚期察尔汗湖区气候相对暖湿阶段具有不稳定性.本次研究是青藏高原气候变化受控于夏季太阳辐射来自古湖泊沉积物分子化石的最新证据.     

从会宁末次间冰期土壤看北大西洋气候不稳定性

会宁李家塬与新庄塬高分辨率黄土剖面的粒度分析表明,末次间冰期氧同位素阶段5e时期,黄土高原地区处于较为稳定的气候环境．该结果与格陵兰冰芯GRIP记录的气候变化过程不同     

青藏高原2ka来温度与降水变化——古里雅冰芯记录

古里雅冰芯中~(18)O和冰川积累量高分辨地和连续地记录了过去2ka来的温度和降水变化。在这一段时间内,曾出现了8次暖期和7次冷期。其中4次重要寒冷事件有3次出现在小冰期,1次出现在11～12世纪。降水的波动相对较小,这段时间内共出现过5次相对高降水期和4次相对低降水期。古里雅冰芯所记录的温度与降水的长期变化趋势呈正相关,但降水变化滞后于温度变化。     

东亚季风95～56 ka BP期间D/O事件年代的精确测定:以中国神农架山宝洞石笋为例

据中国湖北神农架山宝洞内两根石笋的 23个U/Th年龄和532δ18O测试数据,建立了末次冰期95～56 ka BP时段平均分辨率为80 a的石δ18O时间序列.该记录可与南京葫芦洞δ18O记录作良好拼接,从而完整地揭示95 ka BP以来东亚夏季风环流千年尺度气候变化特征,其变化趋势与65°N太阳辐射曲线类似.与格陵兰冰芯δ18O记录的Dansgaard/Oeschger (D/O)1-22事件对比表明,东亚夏季风千年尺度气候振荡与高北纬地区海-气快速重组存在遥相关效应.石笋记录对D/O 事件的精确标定有可能进一步校正格陵兰冰芯时标.研究时段石笋记录的D/O事件与格陵兰North GRIP和GISP2冰芯时标存在不同程度的差别,其中D/O19-20两个事件的年龄偏差远超出铀系定年误差(±0.6ka).D/O19-20晚于North GRIP时标1～2 ka,而早于GISP2时标3～4 ka.与南半球巴西石笋δ18O记录对比表明,南北半球降水的D/O事件存在反相位关系,支持千年尺度海-气耦合的跷跷板("See-saw")模式.     

末次间冰期以来我国东部沙区的古季风变迁

根据130ka BP以来东部沙区的地质记录,将本区古季风划分为末次间冰期(130～70kaBP)夏季风为主时期、末次冰期(70～10kaBP)冬季风为主时期和冰后期(10kaBP至今)夏季风为主的不稳定时期3个演化时期,以及末次间冰期(120ka BP和100～95kaBP)冬季风增强期、末次冰期(59～21kaBP)夏季风增强期、冰后期早全新世(10～7.5kaBP)夏季风增强期、中全新世(7.5～4kaBP)夏季风鼎盛期和晚全新世(4kaBP至今)夏季风衰弱期等若干阶段。冬、夏季风的转换以突变为主。夏季风北界位置从末次间冰期的马鬃山-乌兰巴托退至末次冰期的黄土高原砂黄土带北界附近,复又进到全新世最佳期的山丹-雅布赖山一带,最后退到现代阴山北麓-呼伦贝尔一线,反映东亚季风环流的夏季风呈现波动减弱的趋势。影响季风变迁的因素复杂,特别是全新世期间的短周期波动应加强研究。     

南极冰盖昆仑站深冰芯的雷达内部等时层定年

目前,中国正在东南极Dome A地区的昆仑站(Kunlun)进行深冰芯钻探工程,截至2018/2019年,经过6个钻探季度的工作,已经钻进超过800m.冰龄和积累率是古气候与冰盖模式的重要边界条件.冰雷达探测得到的冰盖内部等时层可被用来测定冰体的年代并反演过去的冰雪积累率. 2004/2005年中国国家南极科学考察队和2007/2008年德国阿尔弗雷德韦格纳研究所收集了Dome A冰穹地区以及Dome A至Vostok冰芯钻探点的冰雷达数据.通过连接昆仑站钻探点与Vostok深冰芯钻探点的雷达内部等时层,比较了两个钻探位置的深度-年代关系.基于Vostok的冰芯年代,获得了昆仑站冰芯钻探点50%的冰盖厚度以上的10条连续的内部等时层的年代.这些层的冰龄涵盖从威斯康星(Wisconsin)冰期、Eemian间冰期到海洋氧同位素6期等冰期-间冰期旋回.在表面以下1640m处与最深层相对应的昆仑站冰芯冰体的年代被确定为～160400年.内部层的年代及其几何结构提供了冰芯所在区域冰盖过去上表面地貌信息.利用所得到的年代-深度关系,基于一个一维冰流模式,估算了该地区相应历史阶段的冰雪积累率,计算表明:Dome A区域过去16万年以来的积累率较低,与目前的观测结果一致.基于内部等时层获得的年龄-深度关系和古积累率信息将有助于构建并约束昆仑站深冰芯断代.     

青藏高原达索普冰芯2 ka来温度与甲烷浓度变化记录

通过对喜马拉雅山达索普冰芯气泡中包裹气体的提取分析和对冰芯中氧同位素分析, 讨论了近2 ka来达索普冰芯记录的温度与大气甲烷浓度的变化. 结果表明, 该冰芯中d 18O记录所反映的温度变化事件与青藏高原北部的敦德冰芯记录的气候事件及中国东部乃至北半球的温度变化趋势十分相似, 近百年来的升温趋势同中世纪暖期时的升温趋势基本一致; 自工业革命以来, 达索普冰芯气泡中记录的甲烷浓度呈快速的增长趋势, 与全球大气甲烷浓度的变化趋势一致. 工业革命以前, 达索普冰芯记录的大气中甲烷浓度在825 nmol·mol-1上下波动, 是目前青藏高原大气中CH4浓度(2000±100 nmol·mol-1)的40%左右. 与南极及格陵兰同时代的冰芯记录相比, 达索普冰芯中记录的CH4浓度要高出15%~20%左右, 而且达索普冰芯甲烷浓度具有更强的波动性, 这种波动与温度变化关系紧密.     

高分辨率黄土剖面记录的末次间冰期东亚季风的不稳定性特征

选取高分辨率黄土剖面是深入研究末次间冰期东亚气候变化的首要前提. 通过对六盘山东、西部两个高分辨率S1地层记录的对比研究, 发现两剖面S1地层均发育5层古土壤、堆积4层黄土, 指示MIS5阶段存在5次强夏季风事件和4次强冬季风事件. 这些气候事件与东亚季风区的其他记录及NGRIP冰芯记录、北大西洋钻孔记录中的冷、暖事件呈现良好对应关系, 暗示在末次间冰期, 北半球气候存在较大的不稳定性. 地层中与5a, 5c亚阶段相对应的层位, 均发育有两古土壤亚层及堆积一黄土层, 与5e相比, 5a, 5c则表现出更大的波动幅度和更多千年尺度上的快速波动, 而5e亚阶段的气候则较为稳定.     

末次冰盛期中国西部冰川物质平衡线高度的模拟研究

文章使用9个气候模式的数值试验数据,研究了末次冰盛期中国西部冰川物质平衡线高度(ELA),以期加深理解冰期青藏高原地表环境以及ELA变化成因.相对于工业化革命前期这一参考时段,末次冰盛期青藏高原夏季普遍降温4-8℃,年降水量平均减少25%.在降温和降水减少的共同作用下,中国西部ELA降低,不同区域之间降幅存在差异.在青藏高原地区,其南缘和西北部下降1100m,中部腹地下降650-800m,东部下降550-800m且由西南向东北逐渐变小.中国境内天山上的ELA下降不超过650m,祁连山和阿尔泰山上的下降值在500~600m.另外,水平分辨率高的气候模式能模拟出青藏髙原中部ELA下降不超过500m的低值,这与古冰川遗迹记录一致;末次冰盛期青藏高原冰川物质积累区主要发生在边缘山地,其面积扩张至现代的2-5倍,但仍未覆盖到高原中部.     

南极DomeA地区109．91m冰芯气泡封闭深度及稳定同位素记录的初步结果

2004／2005年中国第21次南极考察队在南极冰盖最高区域——DomeA（或称Dome Argus）地区,钻取了一支109．91m的冰芯．冰芯CH4浓度测试结果以及粒雪化模型模拟结果一致表明,该冰芯在约102．0m处气泡被完全封闭,并根据粒雪化模型计算气泡被完全封闭处冰的年龄约为4．2ka。根据冰芯碎屑样品的氢（JD）、氧（δ^18O）稳定同位素分析资料,结合东南极冰盖其他内陆冰芯稳定同位素资料,表明东南极内陆地区晚全新世以来气候状况较为稳定（气温波动幅度约为±0．6℃）,且变化趋势具有一致性．DomeA冰芯中过量氘的值较高（平均值为17．1‰）,是南极雪冰中过量氘的高值中心,这可能与过饱和环境下降雪过程中稳定同位素动力分馏效应有关,另外DomeA冰芯过量氘（d—excess或d=δD-8δ^18O）自晚全新世以来的升高趋势主要反映了水汽源区位置向赤道方向的总体迁移．研究结果为开展DomeA地区深冰芯研究奠定了基础．